河闸检修门起吊牛腿的加固与施工技术

摘要：文章以实际工程为例，对河闸检修门吊牛腿存在的问题进行了分析，并提出了采用碳纤维复合材料进行加固的加固方案，对碳纤维复合材料加固的优势进行了分析，并对加固施工材料的选择以及加固施工技术进行探讨，对起吊牛腿进行加固后取得了良好的加固效果，值得类似工程借鉴和参考。

关键词：起吊牛腿加固；碳纤维加固；牛腿裂缝；河闸栓修门；加固方案 文献标识码：A

中图分类号：TV698 文章编号：1009-2374（2017）08-0181-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.088

1 工程概况

双台子河闸位于盘锦市双台子区东郊，是辽河下游的枢纽建筑物，它建在感潮河段的末端，闸址距河口57.3km，位于辽河盘锦城市防洪段，是辽河下游防洪体系的一个重要组成部分。双台子河闸枢纽建筑物主要包括：深孔闸、浅孔闸、提水泵站、船闸、左右岸连接段及下游导流堤、过水斜堤和小柳河防汛交通桥等。

双台子河闸工程等别为Ⅰ等，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为200年一遇；深孔闸、浅孔闸、左右岸连接段等主要建筑物为1级，过水斜堤、下游防护堤、导流堤等次要建筑物为3级，临时建筑物为4级建筑物。河闸检修门经过多年的使用出现了剥落、破损、裂缝、露筋等情况，虽然多次使用水泥砂浆法进行了修补和加固，但是依然有不良情况出现，综合分析后设计采用碳纤维复合材料对牛腿进行加固处理。

2 碳纤维复合材料加固特点

在对河闸检修门起吊牛腿进行加固时，传统的加固方法是使用混凝土加钢筋法或粘钢法进行加固，这方法不仅施工比较复杂，而且自重大，施工周期长。而碳纤维复合材料加固技术是在建筑结构表面使用树脂类材料粘贴碳纤维，继而形成复合材料体CFRP，使碳纤维材料结构可以和构件协同工作。进而达到加固结构构件改善材料受力性能的目的。在使用碳纤维复合材料进行加固时，首先对在混凝土剥蚀面、裂缝处以及施工假缝表面进行开槽，然后使用聚合物水泥砂浆进行回填，最后使用碳纤维复合材料在表面进行粘贴。使用碳纤维复合材料进行加固主要有下述四个方面的优点：（1）具有良好的耐候性。由于碳纤维复合材料是选用环氧树脂粘贴在混凝土表面的，因此具有较好的防水性能、防碳化性能和防风沙性能；（2）具有较高的强度。碳纤维复合加固材料的强度非常高，一般来说其强度可以达到同截面钢材的8～10倍，可以有效保证加固效果；（3）自重较轻。碳纤维复合材料的重量非常轻，在使用碳纤维材料对建筑结构进行加固时，几乎不会影响结构自重；（4）适用性广。在使用碳纤维复合材料进行加固时，受形状的限制比较小，不管是是长方形、正方形还是多边形结构都可以使用碳纤维复合材料进行加固。并且对建筑进行加固后，可以保持建筑结构原状，不会对结构表面装饰造成影响。

3 牛腿加固方案

本工程河闸检修门起吊牛腿同时具有抗弯作用和抗剪作用。设计抗弯承载力大小为42.8kN·m，抗剪能力为43.7kN。本工程牛腿结构的破坏类型主要为受拉筋不足和剪切破坏两种类型。结合本工程的具体情况，设计采用碳纤维复合材料对所有的牛腿进行加固。采用纵向和横向粘贴碳纤维布结合的方法来提升牛腿的抗弯性和抗剪性。为了提高牛腿的抗拉性，设计使用300g/m2的碳纤维布在牛腿顶部沿轴向粘贴一层。为了使牛腿的抗剪性能得以提升，设计使用300g/m2碳纤维沿垂直牛腿轴向进行全封闭粘贴。加固方案图如图1所示：

4 碳纤维加固材料性能指标

本次在进行河闸检修门起吊牛腿进行加固时，使用到的材料主要包括聚合物水泥砂浆和碳纤维。具体指标如下：

第一，碳纤维的性能指标如表1所示。为了达到混凝土补强要求，选择的粘贴剂要具有较强的渗透力，同时要对碳纤维复合材料有较强的浸渍力。为了达到这一要求，本工程设计选用专用的环氧树脂胶浆进行碳纤维布的粘贴施工。

第二，聚合物砂浆主要用于填补裂缝槽，该材料是将聚合物乳胶加入到水泥砂浆中改性后制成的一种有机无机复合材料。相较于普通的水泥砂浆材料，聚合物砂浆具有较高的抗拉伸率和抗拉强度，弹性模量低，可以和老混凝土更好地粘結到一起。使用聚合物砂浆对裂缝槽进行填补可以承受环境的变化，并且能够抵御较强的振动，可以用于修补恶劣环境下的水工混凝土结构。其性能指标如表2所示：

5 起吊牛腿加固施工技术

5.1 清理牛腿表面

使用磨光机将牛腿表面的浮浆、污物、劣化混凝土清理干净，并将混凝土结构层露出，然后将所有牛腿的棱角全部磨成圆角，圆角的半径要保持在20mm以上。对于之前使用普通水泥砂浆修补过后又出现问题的部位，要先将其凿除，然后使用环氧树脂腻子进行填充，并磨平。

5.2 处理牛腿裂缝

在对牛腿裂缝进行处理时，根据不同的裂缝深度分别采用下述两种方法进行处理：

第一，在对深层裂缝进行处理时。先进行钻孔，然后使用聚合物砂井灌入，具体的施工流程如下：（1）对裂缝进行封闭，考虑封闭材料需要的养护时间，确保开始注浆时封闭材料的强度已经达到了规定要求；（2）钻孔施工。在裂缝两侧5cm左右的位置以45°的斜角垂直于裂缝方向进行钻孔，要求钻孔从裂缝处穿过，孔径控制在1.5cm，每一条裂缝钻两个孔；（3）注浆。从处于低位置的孔进行注浆，在注浆的过程中要逐步进行加压，当压力达到一定值后持压2～3min，直至有浆液从另外的一个孔中流出后停止注浆；（4）二次注浆。为了确保浆液将裂缝填满，在首次注浆10min以后立即实施二次注浆。

第二，在对表层裂缝进行处理时，先在裂缝处凿出V字形槽，槽宽保持在1～3cm，然后对基面进行清理，使用聚合物砂浆对裂缝槽进行填补。

5.3 刷涂底层树脂

在刷涂底层树脂之前，先利用吸尘器或毛刷清理干净混凝土结构表面，本工程所处环境较为开阔，因此使用压缩空气对牛腿表面进行吹扫。清理干净后，涂抹底层树脂。一共涂刷三次，每次涂刷均在第一次初干后进行第二次的涂刷。

5.4 对贴合面进行整平

使用树脂腻子将不平整的混凝土表面刮平，将所有的不平整处和缝隙处填平。使用砂轮将表面打磨平整，保证表面的平滑。

5.5 碳纤维布粘贴

在牛腿上粘贴碳纤维布时，要先进行垂直于轴向的碳纤维布进行粘贴，然后再进行顶部和轴向平行的碳纤维布的粘贴。具体的施工流程如下：（1）首先在牛腿表面滚涂JH型碳胶；（2）在牛腿的四周粘贴碳纤维布，并用手进行轻压，然后利用橡皮滚筒顺着限位的方向进行滚压，将气泡挤压出来，使粘碳胶浆碳纤维布浸透；（3）然后再使用相同的方法进行顶层碳纤维布的粘贴；（4）最后再次使用JH型粘碳胶在表面涂刷一层，并进行多次滚压后使其可以完全渗入到碳纤维

布中。

6 施工注意事项

（1）在进行碳纤维布的粘贴施工时，要先将纤维丝中的空气清除干净，保证碳纤维表面的平整性，当有空鼓的情况出现时，使用针管注浆法将空鼓填实，如果产生空鼓的面积超过100cm2时，需要重新进行粘贴；（2）碳纤维布在进行粘贴时，需要合理的选择碳纤维方向，不允许粘贴方向出现错误；（3）由于碳纤维布具有导电性，因此在进行施工时要将保护措施做好；（4）粘碳胶一般会在30～60min内固化，如果在高温环境下进行作业时，粘碳胶的固化速度会更快，为了保证粘结效果，要求粘结工作需要在粘碳胶固化之前完成；（5）后续施工过程中不允许对已经完成的碳纤维造成破坏，允许靠近碳纤维进行烘烤和焊接施工。

7 结语

综上所述，本河闸检修门吊牛腿通过使用碳纤维复合材料进行加固显著提升了牛腿的抗彎性和抗剪性，牛腿经过加固后抗弯承载力和抗剪承载力分别提升了21%和22%，延长了工程的使用年限，值得大力推广和应用。

参考文献

[1] 陆洲导，谢莉萍，洪涛.碳纤维加固低配箍混凝土

梁板柱节点的抗震试验[J].同济大学学报（自然科学

版），2003，（3）.

[2] 陆洲导，宋彦涛，王李果.碳纤维加固混凝土框架节

点的抗震试验研究[J].结构工程师，2004，（5）.

[3] 张世贤.工程抢修中采用碳纤维加固的应用研究[D].

西南交通大学，2006.

[4] 冯家团.新疆哈巴河县别斯也尔水闸除险加固工程施

工组织设计探讨[J].中国水运（下半月），2017，

（1）.

[5] 杨鑫，陶晓东，宋广娟.新江海河闸改建工程设计的

几点技术创新及效益分析[J].江苏水利，2008，（4）.

[6] 张军伟，高丹盈，朱海堂.钢筋钢纤维混凝土牛腿

抗裂性能有限元分析[J].郑州大学学报（工学版），

2009，（4）.

作者简介：王太友（1971-），男，吉林九台人，中国水利水电第六工程局有限公司高级工程师，研究方向：水利水电施工与管理。

（责任编辑：小 燕）